TH300-OP 光耦光電特性測試解決方案

一．認識光耦

光耦合器（optical coupler，英文縮寫(xie) 為(wei) OC）亦稱光電隔離器,簡稱光耦

光耦以光為(wei) 媒介傳(chuan) 輸電信號，使前端輸入信號與(yu) 負載端輸出電信號隔離，達到目的在於(yu) 增加安全性，減小電路幹擾，減化電路設計的目的。

因此，在各種電路如電腦終端、可控矽係統設備、測量儀(yi) 器、影印機、自動售票、家用電器如風扇，加熱器等得到廣泛的應用。目前它已成為(wei) 種類最多、用途的光電器件之一。

光耦一般由三部分組成：光發射、光接收及信號放大。

輸入的電信號驅動發光二極管（LED）發出一定波長的光，被光探測器接收而產(chan) 生光電流，再經過進一步放大後輸出。從(cong) 而完成了電→光→電的轉換，起到輸入、輸出、隔離的作用。

由於(yu) 光耦輸入輸出間互相隔離、電信號傳(chuan) 輸具有單向性等特點，因此具有良好的電絕緣能力和抗力。

同時於(yu) 光耦合器的輸入端屬於(yu) 電流型工作的低阻元件，有很強的共模抑製能力。所以，它在長線傳(chuan) 輸信息中作為(wei) 終端隔離元件可以大大提高信噪比。在計算機數字通信及實時控製中作為(wei) 信號隔離的接口器件，可以大大增加計算機工作的可靠性。

二．光耦光電參數及測量方法

以華潤微的PC817為(wei) 例，由其規格表來看。

其光電參數主要分三個(ge) 部分，具體(ti) 參數及測量方法如下：

1. 輸入特性參數

光耦的輸入特性實際就是其內(nei) 部發光二極管的特性，常見的參數有：

1）正向工作電壓V_F（Forward Voltage）

a) 定義(yi)

給定的工作電流下，LED本身的壓降。常見的小功率LED通常以I_F=20mA來測試正向工作電壓，當然不同的LED，測試條件和測試結果也會(hui) 不一樣。

I_F（正向工作電流 Forward Current）：LED正常發光時所流過的正向電流值。

b) 測量方法

按上圖將TH1992源表CH1輸入與(yu) 和光耦輸入端LED相連，為(wei) 保證測試精度，采用了四線測量。

根據輸入特性參數規格表中的要求，CH1輸出正向20mA電流，同時測試兩(liang) 端電壓V_F，

當1.4V≤V_F≤1.4V表示合格。

2）反向電流I_R（Reverse Current）

a） 定義(yi)

在反向電壓情況下，流過LED的反向電流。

b） 測量方法

按上圖將TH1992源表CH1輸入與(yu) 和光耦輸入端LED相連，為(wei) 保證測試精度，采用了四線測量。

根據輸入特性參數規格表中的要求，CH1輸出反向4V電壓，同時測試通過的電流I_R，

當I_R＜10μA表示合格。

3） 終端電容C_t（Terminal capacitance）

a） 定義(yi)

輸入端、輸出端兩(liang) 端之間的寄生電容

b） 測量方法

用LCR分別接入輸入端和輸出端，設置頻率為(wei) 1MHz，分別測得輸入端和輸出端的終端電容C_t，

當30pF≤Ct≤250pF時表示合格。

2. 輸出特性參數

光耦的輸出特性實際也就是其部光敏三極管的特性，與(yu) 普通的三極管類似。常見的參數有：

1） 集電極暗電流I_CEO（Collector Current）

a） 定義(yi)

輸入端發光二極管開路，集電極至發射極間的電壓為(wei) 規定值時，流過集電極的電流。

b） 測量方法

如圖，將TH1992源表CH1接入光耦輸入端，CH2接入光耦輸出端，設置CH2為(wei) 電壓輸出20V，即V_CE=20V，用CH2電流表測量電流即CE之間電流I_CEO，

當I_CEO＜100nA為(wei) 合格。

2） 集電極-發射極擊穿電壓BV_CEO（Collector-Emitter Output Breakdown Voltage）

a）定義(yi)

輸入端發光二極管沒有電流流過時，集電極-發射極所能承受的電壓。

b）測量方法

TH1992源表CH1接入光耦輸入端，CH2接入光耦輸出端，設置CH2為(wei) 電流源輸出0.1mA電流，同時用CH2電壓表測量兩(liang) 端電壓即BV_CEO，

BV_CEO≥70V為(wei) 合格。

3） 發射極-集電極擊穿電壓BV_ECO（Emitter-Collector Breakdown Voltage）

a）定義(yi)

輸入端發光二極管沒有電流流過時，發射極-集電極所能承受的電壓。

b） 測量方法

TH1992源表CH1接入光耦輸入端，CH2接入光耦輸出端，設置CH2為(wei) 電流源輸出10μA電流，同時用CH2電壓表測量兩(liang) 端電壓即BV_ECO，

BV_ECO≥6V為(wei) 合格。

3. 傳(chuan) 輸特性參數

1） 電流傳(chuan) 輸比CTR（Current Transfer Radio）

a） 定義(yi)

輸出管的工作電壓為(wei) 規定值時，輸出電流和發光二極管正向電流之比為(wei) 電流傳(chuan) 輸比CTR，

b） 測量方法

TH1992源表CH1接入光耦輸入端，設置CH1為(wei) 電流源模式，輸出電流為(wei) 5mA，即I_F=5mA；

CH2接入光耦輸出端，設置CH2為(wei) 電壓源輸出5V電壓，即V_CE=5V，同時用CH2電流表測量電流即I_C，

根據公式計算出，50≤STR≤600為(wei) 合格。

2） 集電極-發射極飽和電壓V_{CE sat}（Collector-Emitter Saturation Voltage）

a）定義(yi)

發光二極管工作電流I_F和集電極電流I_C為(wei) 規定值時，並保持I_C/I_F≤CTRmin時（CTRmin在被測管技術條件中規定）集電極與(yu) 發射極之間的電壓降。

b）測量方法

TH1992源表CH1接入光耦輸入端，設置CH1為(wei) 電流源模式，輸出電流為(wei) 20mA，即I_F=20mA；

CH2接入光耦輸出端，設置CH2為(wei) 電流源輸出1mA即I_F=1mA，同時用CH2電壓表測量電壓即V_CE，

0.1≤V_CE≤0.2即為(wei) 合格。

3） 隔離電阻Riso（Isolation Resistance）

a）定義(yi)

光耦輸入端和輸出端之間的絕緣電阻值。在光耦的輸入和輸出端之間施加一定的高直流電壓所測得的初始阻抗值。

b）測量方法

TH2683A絕緣電阻測試儀(yi) HV端（-極）接入光耦輸入端，光耦輸入端兩(liang) 極短路

TH2683A絕緣電阻測試儀(yi) INPUT端（＋極）接入光耦輸出端，光耦輸出端兩(liang) 極短路

TH2683A絕緣電阻測試儀(yi) 設定電壓500V，充電時間5s，阻值下限50GΩ，阻值上限100GΩ，啟動測試，讀取儀(yi) 器測量結果即為(wei) Riso，

50GΩ≤Riso≤100GΩ即為(wei) 合格。

4） 浮動電容Cf（Floating Capacitance）

a）定義(yi)

當高頻信號加到光耦輸入和輸出端之間測量到的電容。

b） 測量方法

光耦輸入端兩(liang) 極短路、輸出端兩(liang) 極短路，TH2838A測量端分別連接到光耦輸入輸出端，

TH2838A設置頻率1MHz，做好開路清零（至少保證未接光耦時清零結果小數點後麵有2-3個(ge) 0），

讀取TH2838A測量值即為(wei) Cf，0.6pF≤Cf≤1pF即為(wei) 合格。

5） 截止頻率F_C（Cut-off Frequency）

a）定義(yi)

截止頻率為(wei) 光耦輸出的電壓隨輸入光功率變化的截止頻率。通過測量光耦的響應時間，然後根據響應時間計算得出。

截止頻率的大小取決(jue) 於(yu) 光敏二極管的響應速度，截止頻率越高，表示光耦響應速度越快，對高速數據傳(chuan) 輸的需求也能得到充分滿足。

b） 測量方法

如圖所示，光耦輸入端接入信號源，信號源設置頻率為(wei) 80kHz，信號源輸出端在E極接入一100Ω電阻R_L，TH1992兩(liang) 端接入到光耦C極和電阻另一腳，

TH1992設置為(wei) 電壓源模式，輸出5V電壓，示波器並接在電阻R_L兩(liang) 端，讀取示波器測試電壓值。

6） 上升時間t_r（Rise Time）、下降時間t_f（Fall Time）

a） 定義(yi)

規定工作條件下，發光二極管輸入規定電流I_FP的脈衝(chong) 波，輸出端管輸出相應的脈衝(chong) 波。

上升時間t_r：輸出脈衝(chong) 前沿幅度的10%到90%，所需時間。

下降時間t_f：輸出脈衝(chong) 後沿幅度的90%到10%，所需時間。

b） 測量方法

測量電路和截止頻率測試一致，信號源設置為(wei) 脈衝(chong) 模式，TH1992的CH2設置為(wei) 2V，讀取示波器測試輸出波形後根據下圖所示測量出tr和tf

三．光耦光電參數測試痛點

由第二部分光耦光電參數極測量方法可見，光耦測量參數眾(zhong) 多，而且測量時需要用到雙通道源表、LCR數字電橋、絕緣電阻測試儀(yi) 、示波器、信號源，其測試信號 有高壓直流信號、低壓直流信號、高頻交流信號等，因此測試會(hui) 遇到下列痛點：

1. 測試效率低下

多台儀(yi) 器、高低信號、交直流信號各種方法測試，如果用分立儀(yi) 器去測試，不同項目需要不斷的切換信號及接線，因此單顆測試都需很長時間，無法大批量規模測試。

2. 接線繁瑣

多台測試儀(yi) 器，加上不同封裝的光耦器件，需要用到不同接頭的線纜，測試接裝困難。

3. 測試結果不能自動保存

多台機器測試的結果是，每個(ge) 測試數據都得手工記錄，再統一匯總並錄入數據庫，過程較長，且無法保證準確性。

四．同惠光耦光電參數測試解決(jue) 方案

同惠電子提供了一體(ti) 化測試解決(jue) 方案，將所需測試儀(yi) 器集中在一個(ge) 機櫃，並采用工控機作為(wei) 控製係統，通過上位機直接設置並讀取結果，針對不同封裝的光耦，提供定製化測試夾具。

測試係統自動化設置及測試，所有測試結果自動記錄至數據庫。測試軟件提供對應接口協議，便於(yu) 接入客戶自動化生產(chan) 線做係統集成。

1. 係統結構

係統所有測試機器集成與(yu) 機櫃內(nei) 部，采用了工控機控製和設置具體(ti) 參數，為(wei) 提高測試效率，用PLC控製8×8的測試治具，一次可測試64顆光耦以提高效率。

2. 測試治具

3. 上位機軟件

測試軟件采用同惠測試係統通用框架，根據不同產(chan) 品或不同需求會(hui) 有相應更改

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數據編輯頁麵

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